水性聚氨酯以水為分散介質(zhì)，與溶劑型聚氨酯相比，具有難燃、氣味小、無毒、不污染環(huán)境、節(jié)約能源等優(yōu)點，可用作膠黏劑、涂料、皮革涂飾劑、紡織助劑、造紙工業(yè)助劑、醫(yī)藥和電子材料等。近年來，水性聚氨酯分散體技術發(fā)展迅速，各種報道很多，而分散體黏度對所配制的涂料有很大的影響，一方面，黏度會影響乳液的貯存穩(wěn)定性；另一方面，不同應用場合對產(chǎn)品的黏度要求也不一樣。而影響乳液黏度的因素很多，合成工藝和后期助劑的加入等都可以改變?nèi)橐旱酿ざ取?br />
      本文就水性聚氨酯乳液的制備及改性過程中影響乳液黏度的因素進行了綜述，主要包括聚合物多元醇種類及分子量、 n（NCO） /n（ OH）、親水性擴鏈劑含量、成鹽劑對乳液黏度的影響。

1、聚合物多元醇種類及分子量

      聚合物多元醇的種類及分子量對水性PU的黏度有著重要的影響，國內(nèi)外有關這方面的報道很多。

      對水性聚氨酯合成原料研究中曾報道，聚醚性水性聚氨酯比聚酯型水性聚氨酯的黏度大，這是因為，聚醚型水性聚氨酯軟段硬段極性相差很大，而氫鍵主要由硬段之間形成，促進了硬段的結(jié)晶，有利于形成微相分離。由于聚醚型水性聚氨酯存在的微相分離程度較高，具有更加規(guī)則的相疇結(jié)構(gòu)，從而分子鏈之間運動的自由性變小，乳化時不利于相轉(zhuǎn)變，所以合成的分散液黏度較大。對聚酯型水性聚氨酯的軟段含有酯基，酯基也可以與硬段形成氫鍵，阻礙了硬段的結(jié)晶，從而使微相程度較小，因此乳化時有利于相轉(zhuǎn)變的發(fā)生， 這就使得分散液的黏度低。

      在軟段種類及相對分子質(zhì)量對陰離子水性聚氨酯性能的影響中曾報道，隨軟段相對分子質(zhì)量的增加，表觀黏度上升。這是因為：一方面，軟段相對分子質(zhì)量增大，鏈的柔順性增加，造成鏈段間相互纏繞，粒子流體動力學體積增加；另一方面，軟段相對分子質(zhì)量增加，粒徑減小，粒子數(shù)目增多，粒子和水之間的親和力增強，導致黏度上升。

      對水性聚氨酯原料的選擇中發(fā)現(xiàn)，在PU乳化過程中，聚合物多元醇的分子量越高，導致預聚物分子量增大，較長的分子鏈可能同時傳過多個疏水性預聚體，增大了體系的黏度。

      對水性聚氨酯自乳化過程中相反轉(zhuǎn)及影響因素的研究中發(fā)現(xiàn)，二元醇分子量的增大必然導致預聚物分子量增大，較長的分子鏈有可能同時穿越多個疏水性預聚體，增加了連續(xù)相的黏度。

      對HDI-IPDI型高固含量水性聚氨酯分散體的合成及微觀形態(tài)的研究中發(fā)現(xiàn)，隨著軟段分子量的增加，乳液的黏度增加，這主要與PU分子鏈軟段的柔順性有關：分子鏈越柔軟，粒子在剪切力作用下就越容易變形。在分散階段， PU顆粒在高速剪切力作用下被多次“切碎”成更小的顆粒。在分散相體積及溶劑體積一定下，隨著粒子的變小，粒子數(shù)目增多，表面積增大，吸附在粒子表面的水化層體積也隨著增加，體系自由體積減小，最終導致黏度上升。

2、n（NCO）/n（OH）

      n(NCO):n(OH)值影響反應過程及乳化效果，特別是對乳液黏度的影響很大。對紫外光固化水性聚氨酯-丙烯酸酯乳液性能的研究中發(fā)現(xiàn)， 乳液粘度隨n（ NCO） /n（ OH）的變化如圖1，在剪切速率一定的情況下，隨著n(-NCO)/n(－ OH)的增大，水性聚氨酯丙烯酸酯預聚體乳液的黏度逐漸增大。其主要原因是隨著 n(－ NCO)/n(－ OH)的增大， PUA 預聚體乳膠粒徑減小，體系中單位體積內(nèi)的粒子數(shù)目增多，乳液粒子間的碰撞加劇，從而導致了水性PUA 預聚體粒子間的內(nèi)摩擦阻力增大，流動困難，體系剪切黏度增大。

      對磺酸型水性聚氨酯乳液制備工藝的研究中發(fā)現(xiàn)，隨著 n(NCO):n(OH)值的增大，親水性離子的含量相對減小，因而親水性減弱，粒徑增大，而且親水性離子含量的減小，使雙電層厚度減小，從而導致粒徑減小。另外由于親水性的減弱，顆粒的水溶脹性減弱，使粒徑減小?？偟慕Y(jié)果是隨著n(NCO):n(OH)值的增大，由于親水性離子含量的減少，粒徑逐漸增大，乳液黏度降低。

      對硬段含量對水性聚氨酯性能的影響中發(fā)現(xiàn)，乳液的黏度隨NCO/OH含量的增加黏度降低。這是因為，隨著NCO/OH含量的增大，分子鏈中硬段含量增加，所形成的氨基甲酸酯基和脲基等剛性鏈段增多，導致分子鏈間的相互纏結(jié)減少，黏度減小。

      對脂肪族水性聚氨酯分散體黏度的控制中發(fā)現(xiàn)，在反應較平緩的情況下， NCO/OH的比值能影響預聚體相對分子量的大小，聚合物在一定濃度時， NCO/OH越大，相對分子質(zhì)量越小，預聚體黏度越小，分散體越容易分散，反之，黏度越大，越難分散。

3、親水性擴鏈劑含量

      水性聚氨酯分子結(jié)構(gòu)上的親水基團的性能和含量決定了水性聚氨酯性能和乳化能力，有文獻、專利曾報道，以二羥甲基丙酸(DMPA) 作為親水擴鏈劑，其含量對水性聚氨酯乳液外觀、膠粒、穩(wěn)定性、黏度以及涂膜耐水性等有顯著的影響。

      在高固含量聚醚型水性聚氨酯的合成與影響因素中曾報道，隨著DMPA 含量的增加， WPU乳液的固含量降低，黏度上升。這是由于在乳化過程中，體系的黏度變化可分為以下幾個過程： ①對含親水基團的PU 溶液（特別是含離子基團的PU 溶液）而言，由于離子基團的締合作用，導致體系黏度上升；②當體系中加入少量水之后，水分子與親水基團的締合作用解除了離子間的締合作用，故體系的黏度有所下降；③隨著水的繼續(xù)加入，體系的黏度又會迅速上升，這主要是由于PU 離子體中疏水鏈段締合作用增加所致。對第一個過程，還可以采用Lorentz的雙電層理論加以解釋。預聚體被分散以后，疏水的分子鏈段卷曲形成顆粒的核，帶有離子的親水基團則位于顆粒的表面，親水基團朝向水中。顆粒的布朗運動以及正負離子相伴會導致顆粒表面形成一個雙電層。當親水基團含量增加時，粒子表面電荷密度增大，擴散的雙電層增強，從而產(chǎn)生巨大的靜電作用，致使粒子間不易團聚。大分子的親水性越強，分散體顆粒越小， 但是水合粒子的體積（有效體積）及其總表面積反而越大，從而導致體系的黏度增加。

      在環(huán)保型水性聚氨酯膠黏劑的合成及性能研究中曾報道，隨著DMPA用量的增加，乳液的黏度呈現(xiàn)上升的趨勢。這是因為：這是因為聚氨酯乳液中-COOH 的含量增加，使得乳液離子電荷數(shù)增加，聚氨酯鏈與水的氫鍵締合作用增強。隨著聚合物粒子的總表面積增加，被吸附的水合層量也增多，相當于增大了分散相的體積，雙電層厚度，導致粒子移動阻力增大，從而乳液黏度上升。

4、成鹽劑

      理論上，具有一定強度的酸、堿性物質(zhì)都可以用做成鹽劑，但是不同的成鹽劑對產(chǎn)物的性能影響很大，如：產(chǎn)物的硬度、黏度，色澤等。對于陰離子水性聚氨酯，能與羧基和磺酸基發(fā)生反應的堿類化合物都能作為成鹽劑。主要有NaOH、三乙胺、三乙醇胺等。

      在水性聚氨酯乳液粘度的影響因素研究中曾報道，在成鹽劑一定時，當中和度≤70%時，不能形成穩(wěn)定的乳液，所以粘度測試數(shù)據(jù)有誤差（偏大）；當中和度＞ 70%時，隨著中和度的提高，乳液粘度逐漸增大，乳液外觀呈現(xiàn)由乳白到透明有藍光的變化趨勢。這是因為隨著中和度的提高， 成鹽率增大、分子中-COO-陰離子的活性中心數(shù)增多且分子鏈的親水性增加，從而減弱了分子鏈的相互纏結(jié)，提高了水對聚合物的水化作用，使乳膠粒子增多、粒徑減小，表現(xiàn)出較好的分散效果。另外，隨著中和度的增加，聚氨酯（ PU）分子中的離子及反離子數(shù)量增多、雙電層厚度增大且離子的流體體積增加， 從而導致體系的粘度上升；當中和度超過100％時，多余的TEA使乳液偏堿性，堿性會使陰離子WPU 乳液出現(xiàn)自增稠現(xiàn)象，致使乳液的粘度變大，甚至失去流動性。

      曾對中和方式對乳液性能的影響中報道，三乙胺的加料順序?qū)θ橐吼ざ鹊挠绊?，研究發(fā)現(xiàn)，采用在分散前中和與將三乙胺溶入去離子水中，邊分散邊中和， 結(jié)果發(fā)現(xiàn)，前者的黏度大于后者，原因可能是中和后的預聚體為高黏度黏稠液，將三乙胺加入到水中， 使分散、中和同時進行， 由于這時預聚體未被離子化， 其黏度較小，少用或不用溶劑就可以乳化于水中。

      曾對水性聚氨酯自乳化過程中相反轉(zhuǎn)及影響因素中發(fā)現(xiàn)，中和度對乳液黏度有著重要的影響，他們認為，中和度較高的體系形成的微離子點陣密度較高，需要更多的水才能完全解聚集，同時由于電黏滯作用，分散體系的黏度較高，不利于相轉(zhuǎn)變的發(fā)生。中和度較低時，乳化過程中體系的黏度較低， 同時體系較早發(fā)生相轉(zhuǎn)變; 而當羧基被完全中和時， 乳液的黏度較高。

聯(lián)系我們

合肥恒天新材料科技有限公司

手機：138-0569-8771（何經(jīng)理）

電話：86-0551-68103252

傳真：86-0551-68103253

郵箱：hengtian_hwh@163.com

地址：安徽省合肥市經(jīng)濟技術開發(fā)區(qū)蓬萊路與湯口路交口意大利工業(yè)園鑫云泰B座